CN103512660B - 一种零光程差干涉光学元件 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种零光程差干涉光学元件，其特征是对于五棱镜按设定的方式进行分割分别形成位于右上部分的光路反射单元和嵌入在反射单元左下部位的光路偏折单元，再将反射单元和偏折单元按分割之前的对应位置归位黏贴恢复五棱镜状。本发明可以实现多光谱同时无色散干涉。
Description
技术领域
本发明涉及一种零光程差干涉光学元件。
背景技术
干涉仪是根据光的干涉原理制成的仪器。将一束光分成两束，各自经过不同的光路，然后再合并，可在光合并处得到干涉条纹。光路中大多采用反射、折射、衍射来实现光的分离、偏折和汇聚。
如果源光束为复色光，则光束会在光路中产生色散而使分开后的光束发散，使干涉条纹模糊甚至无法形成干涉，所以对光的波长范围要求较高，一般干涉仪只适用于单色光。
目前在成像式偏振测量时采用的方法，其原理只有一种，都是利用分时滤波的方法，按时间顺序依次获得观测场景的水平方向线偏振光分量、45°方向线偏振光分量。这种测量方法的缺点是不能同时获得一个场景的多个偏振分量和总光强，在应用于快速移动平台或者快速变化场景时会丢失四分之三的被测场景的信息，且各个图像的配准误差无法消除，评定困难。
发明内容
本发明是为避免上述现有技术不足之处，提供一种零光程差干涉光学元件，利用闪耀光栅使分开的光束之间产生偏移而不产生色散，使干涉仪应用于多光谱时光程差为零，不产生色散。
本发明为解决技术问题采用如下技术方案
本发明零光程差干涉光学器件的结构特点是：所述光学器件为一横断面呈五边形的五棱镜，所述五边形中的左下角为直角棱角，其它各棱角均为112.5°；在所述五边形中，以所述直角棱角的一条邻边为第一边，自第一边起沿顺时针方向的顺次各边依次为第二边、第三边、第四边和第五边；所述各边的长度比是：第一边∶第二边∶第三边∶第四边∶第五边为4∶4∶3∶4∶4，所述五棱镜的厚度为第一边的长度的一半；
对所述五棱镜按如下方式进行分割：
以所述五棱镜中的直角棱角为左下角，以五棱镜的厚度为边长，分割出一正方体作为光路偏折单元，余下部分构成光路反射单元；
在所述光路反射单元中，以所述第一边所在的棱镜面为第一面，自所述第一面起沿顺时针方向的顺次各棱镜面依次为第二面、第三面、第四面和第五面、第六面和第七面；其中，第一面、第三面和第五面均为涂黑面；第二面和第四面为内反射面，第六面和第七面为透射面；
所述正方体的左侧面和正方体的底面为透射面，所述正方体的顶面和正方体的右侧面设置为闪耀光栅面；
对于所述正方体以对角线位置上的斜面进行分割形成上部直角三角棱镜和下部直角三角形棱镜，所述对角线是过所述直角棱角的对角线；所述上部直角三角棱镜的斜面为透射面，所述下部直角三角棱镜的斜面设置为线栅偏振分光镜；
所述光路反射单元和光路偏折单元按分割之前的对应位置归位黏贴恢复为横断面呈五边形的五棱镜。
与已有技术相比，本发明有益效果体现在：
1、本发明在两路光束上增加了闪耀光栅，使光束发生偏折而不产生色散，经反射镜和线栅偏振分光镜后形成两束平行光束，经过线偏振片后再经凸透镜汇聚后形成干涉，干涉条纹清晰，无重影。
2、由于本发明在光路中不产生色散和额外光程差，所以可以应用于多光谱偏振成像式干涉。
3、本发明应用于偏振测量中，可在凸透镜前设置一个偏振方向与水平方向成45°的线偏振片，将所得干涉条纹经过简单的图像处理就可同时获得同一个被观测场景的四个偏振信息中的三个，且本身具有自配准特性，不需要配准计算；所以本发明能解决目前偏振测量不适用于快速移动平台或者快速变化场景的问题，且后续计算更为简单。
4、本发明所有器件集成设置，可使结构简单、加工精度高，不受震动影响、性能稳定、不需要能源、质量相对较小，另外大小可以根据需要而确定，便于使用于各种场所。
附图说明
图1为本发明总体结构示意图；
图2为本发明中反射单元结构示意图；
图3为本发明中光路偏折单元结构示意图；
图3a为本发明中光路偏折单元分解示意图；
图4为本发明光路示意图。
图中标号：1光路反射单元，11第一面，12第二面，13第三面，14第四面，15第五面，16第六面，17第七面，2光路偏折单元，21上部直角三角棱镜，22下部直角三角棱镜，211正方体的顶面，212正方体的左侧面，213上部三角棱镜的斜面，221下部三角棱镜的斜面，222正方体的右侧面，223正方体的底面，3线偏振片，4凸透镜，5为CCD面板。
具体实施方式
参见图1、本实施例中零光程差干涉光学器件为一横断面呈五边形的五棱镜，五边形中的左下角为直角棱角，其它各棱角均为112.5°；在五边形中，以直角棱角的一条邻边为第一边，自第一边起沿顺时针方向的顺次各边依次为第二边、第三边、第四边和第五边；各边的长度比是：第一边∶第二边∶第三边∶第四边∶第五边为4∶4∶3∶4∶4，五棱镜的厚度为第一边的长度的一半；
对五棱镜按如下方式进行分割：
如图3所示，以五棱镜中的直角棱角为左下角，以五棱镜的厚度为边长，分割出一正方体作为光路偏折单元2，余下部分构成光路反射单元1；
如图2所示，在光路反射单元中，以第一边所在的棱镜面为第一面11，自第一面起沿顺时针方向的顺次各棱镜面依次为第二面12、第三面13、第四面14和第五面15、第六面16和第七面17；其中，第一面、第三面和第五面均为涂黑面；第二面和第四面为内反射面，第六面和第七面为透射面；
如图3a所示，正方体的左侧面212和正方体的底面223为透射面，正方体的顶面211和正方体的右侧面222设置为闪耀光栅面；
对于正方体以对角线位置上的斜面进行分割形成上部直角三角棱镜21和下部直角三角棱镜22，对角线是过直角棱角的对角线；上部直角三角棱镜的斜面213为透射面，下部直角三角棱镜的斜面221设置为线栅偏振分光镜；
光路反射单元和光路偏折单元按分割之前的对应位置归位黏贴恢复为横断面呈五边形的五棱镜。
如图4所示，本发明利用在两个壁上的闪耀光栅和使干涉仪中两个分开后的光束相对于光束中心发生一个横向偏移，而且不会产生额外的光程差和色散，两束光透过线偏振片3后经凸透镜4汇聚后在CCD面板5上形成干涉，具体如下。
入射光被设置为线栅偏振分光镜的下部三角棱镜的斜面221分成两个偏振方向相互垂直的光束，假设向上射出的光束偏振方向为垂直纸面，水平射出的光束偏振方向为平行于纸面。向上的光束经过设置为闪耀光栅的正方体的顶面211出射方向向右偏一定角度，经反射后经过设置为闪耀光栅的正方体的右侧面222，方向变为水平，之后经过设置为线栅偏振分光镜的下部三角棱镜的斜面221反射后垂直向下射出，与向上射出的光束相比，光束位置向右偏移一定距离；向右的光束经过设置为闪耀光栅的正方体的右侧面222出射方向向下偏一定角度，经反射后经过设置为闪耀光栅的正方体的顶面211，方向变为竖直，之后经过设置为线栅偏振分光镜的下部三角棱镜的斜面221后垂直向下射出，与向右射出的光束相比，光束位置向左偏移一定距离；这样两束偏振方向不同的光出射方向变为平行，而且由于所有光路都相同，没有产生额外光程差。两束光透过线偏振片3后经凸透镜4汇聚后在CCD面板5上形成干涉。
为防止其它光进入，将第一面11、第三面13和第五面15涂黑。
本发明通过闪耀光栅的移位使源于同一束光的两束不同偏振态的光在不产生光程差和色散情况下发生偏移，最终经过凸透镜形成干涉。使得该干涉结构可以用于多光谱偏振成像式设备中。
Claims (1)
1.一种零光程差干涉光学器件，其特征是所述光学器件为一横断面呈五边形的五棱镜，所述五边形中的左下角为直角棱角，其它各棱角均为112.5°；在所述五边形中，以所述直角棱角的一条邻边为第一边，自第一边起沿顺时针方向的顺次各边依次为第二边、第三边、第四边和第五边；所述各边的长度比是：第一边∶第二边∶第三边∶第四边∶第五边为4∶4∶3∶4∶4，所述五棱镜的厚度为第一边的长度的一半；
对所述五棱镜按如下方式进行分割：
以所述五棱镜中的直角棱角为左下角，以五棱镜的厚度为边长，分割出一正方体作为光路偏折单元(2)，余下部分构成光路反射单元(1)；
在所述光路反射单元(1)中，以所述第一边所在的棱镜面为第一面(11)，自所述第一面起沿顺时针方向的顺次各棱镜面依次为第二面(12)、第三面(13)、第四面(14)和第五面(15)、第六面(16)和第七面(17)；其中，第一面、第三面和第五面均为涂黑面；第二面和第四面为内反射面，第六面和第七面为透射面；
所述正方体的左侧面(212)和正方体的底面(223)为透射面，所述正方体的顶面(211)和正方体的右侧面(222)设置为闪耀光栅面；
对于所述正方体以对角线位置上的斜面进行分割形成上部直角三角棱镜(21)和下部直角三角棱镜(22)，所述对角线是过所述直角棱角的对角线；所述上部直角三角棱镜的斜面(213)为透射面，所述下部直角三角棱镜的斜面(221)设置为线栅偏振分光镜；
所述光路反射单元(1)和光路偏折单元(2)按分割之前的对应位置归位黏贴恢复为横断面呈五边形的五棱镜。
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